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草間 義紀; 石川 正男
NEW DIAMOND, 21(3), p.24 - 25, 2005/07
JT-60などのプラズマ閉じ込め装置においては、プラズマ加熱を担う高エネルギー粒子の挙動に関する研究が進められている。これまでは、電場/磁場を用いたエネルギー分析器を利用して高速中性粒子のエネルギー分布を測定することから、高エネルギー粒子の閉じ込めに関する情報を得てきた。1990年代の後半に、シリコンなどの半導体を用いた放射線計測用検出器の発展として、耐放射線性に優れたダイヤモンドを用いた検出器(ダイヤモンド検出器)が開発され、トカマクプラズマ計測でも利用されるようになった。ダイヤモンドのバンドギャップは5.5eVとシリコン(1eV)に比べて大きいため、常温で使える利点がある一方、エネルギー分解能が劣る。そのため、使用にあたっては、エネルギー分解能を把握しておく必要がある。また、ダイヤモンド検出器は中性子に対して比較的高い感度を有する。そのため、JT-60ではポリエチレンと鉛で覆ってバックグラウンドの低減を図っている。このダイヤモンド検出器を用いて、JT-60の中性子発生環境で詳細な高速中性粒子の測定が可能となった。
藤堂 泰*; 篠原 孝司; 武智 学; 石川 正男
Physics of Plasmas, 12(1), p.012503_1 - 012503_7, 2005/01
被引用回数：52 パーセンタイル：82.4(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uにおける高エネルギーイオン駆動不安定性を磁気流体と高エネルギー粒子のためのシミュレーションコードを用いて調べた。不安定モードの空間分布は安全係数分布が平坦なプラズマ中心付近で最大値をとる。この不安定モードはトロイダルアルヴェン固有モード(TAE)ではない。空間分布がTAEとして予想される位置と異なっており、 m/n=2/1の一つの主成分で構成されていることがその理由である。ここで、m, nはポロイダル及びトロイダルモード数である。この不安定モードの実周波数は、実験における速い周波数掃引モードの開始周波数に近い値である。シミュレーション結果は、高エネルギーイオン軌道幅と高エネルギーイオン圧力が不安定モード動径方向分布幅を非常に大きくすることを示している。調べた高エネルギーイオン軌道幅の中で最小値の場合は、不安定モードは小半径の20%以内に局在している。これは、磁気流体効果のみで誘導できる空間分布幅の上限を与える。JT-60Uの実験条件においては、高エネルギーイオンは不安定モード空間分布の半径方向の幅を3倍に広げている。この不安定モードは主として高エネル ギー粒子によって誘導されているのである。
坂本 宜照; 東井 和夫*; 福田 武司*; 福山 淳*; 藤田 隆明; 小川 雄一*; 滝塚 知典; 三浦 幸俊; 矢木 雅敏*; 山田 弘司*; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 80(8), P. 678, 2004/08
ITPA(国際トカマク物理活動)における「輸送物理」,「閉じ込めデータベースとモデリング」,「定常運転及び高エネルギー粒子」の3つのトピカル物理グループの第6回会合が2004年3月に日本原子力研究所那珂研究所において開催された。各グループで行われた議論の概要について報告する。
篠原 孝司; 武智 学; 石川 正男; 草間 義紀; 都筑 和泰; 浦田 一宏*; 川島 寿人; 飛田 健次; 福山 淳*; Cheng, C. Z.*; et al.
Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(7), p.S31 - S45, 2004/07
被引用回数：42 パーセンタイル：77.89(Physics, Fluids & Plasmas)負磁気シア中でのアルベン固有モードの振る舞い,TAE周波数領域で発生する不安定性による高エネルギーイオンの輸送,電流ホールを有するプラズマ中での高エネルギーイオンの振る舞い,フェライト鋼による複雑トロイダル磁場リップル中での高エネルギーイオンの損失など、JT-60U及びJFT-2Mにおける最近の高エネルギー粒子物理研究の成果について報告する。
朝倉 伸幸; 加藤 隆子*; 高村 秀一*; 田辺 哲朗*; 東島 智; 飯尾 俊二*; 小関 隆久; 小野 靖*; 河野 康則; 中島 徳嘉*; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 79(11), p.1194 - 1196, 2003/11
ITPA(国際トカマク物理活動)会合が、ロシアのヨッフェ研究所・科学教育センター(サンクトペテルブルク)で開催された。今回は、「スクレイプ・オフ層及びダイバータの物理」,「MHD, ディスラプション及び制御」,「高エネルギー粒子,加熱及び定常運転」,「計測」の各トピカル物理グループの会合、及び制御に関する合同会合が行われた。日本,欧州,ロシア,アメリカ合衆国,ITER国際チーム、及び中国(オブザーバとして初参加)から多くの参加者を得て活発な議論が行われた。本報告では、各グループ会合、及び制御に関する合同会合での議論の概要を示す。
飛田 健次; 西尾 敏; 小西 哲之; 佐藤 正泰; 田辺 哲朗*; 正木 圭; 宮 直之
Fusion Engineering and Design, 65(4), p.561 - 568, 2003/07
被引用回数：20 パーセンタイル：77.2(Nuclear Science & Technology)核融合出力2GWのトカマク炉を想定して、プラズマから逃げ出す高エネルギーイオンの粒子束を定量評価し第一壁に及ぼす影響を検討した。高エネルギーアルファ粒子の粒子束は最大2
10
m
s
に達し、タングステンアーマに対する損耗率は約20
m/yrとなる。このことは、タングステンアーマがサイクル期間(約2年)中、残存するためには少なくとも100mの厚さが必要であることを示している。プラズマ中のD-D反応によって生成するトリチウムイオンが軌道損失によって壁に捕捉される量は7.5g/yrであり、トリチウム経済上は無視できる。トリチウムイオン粒子束は10
-10
msとなり大きな値ではないが、このような粒子束の高エネルギー水素イオン照射による材料の変質については理解されておらず、実験による材料健全性の確認が必要になることを指摘した。
井手 俊介; 福田 武司; 三浦 幸俊
プラズマ・核融合学会誌, 79(2), P. 194, 2003/02
2002年10月21日-23日,カダラッシュ研究所(フランス)で行われた、ITPA(国際トカマク物理活動)の「輸送及び内部輸送障壁」,「モデリング及びデータベース」及び「定常運転及び高エネルギー粒子」各トピカル物理グループ会合の報告である。各会合での議論の内容を、グループ単位で簡潔に報告している。「輸送及び内部輸送障壁」グループ会合は福田,「モデリング及びデータベース」グループ会合は三浦、及び「定常運転及び高エネルギー粒子」グループ会合は井手がそれぞれ分担執筆した。
小川 雄一*; 滝塚 知典; 三浦 幸俊; 東井 和夫*; 福田 武司; 若谷 誠宏*; 井手 俊介; 高瀬 雄一*; 飛田 健次; 福山 淳*; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 77(10), p.1042 - 1048, 2001/10
平成13年3月
7月にかけて開催された6つのITER物理R&D専門家会合の概要を報告する。閉じ込めのデータベースとモデリングに関する専門家会合では、高密度閉じ込め実験に関する討議と閉じ込め比例則の検証作業を行った。輸送と内部障壁の物理専門家会合では、国際データベース活動の現状をレビューするとともに今後の作業計画を策定した。高エネルギー粒子と加熱及び定常運転専門家会合では、ITERの先進定常運転における重点課題項目の抽出と解決に向けての討議検討を行った。周辺及びペデスタルの物理専門家会合では、磁場構造に注目したペデスタル特性の解析に重点を置くことになった。スクレイプ・オフ層及びダイバータの物理専門家会合では、ダイバータ熱負荷の比例則構築と金属ダイバータの特性について議論した。また、計測専門家会合では、電磁気計測における放射誘起起電力の問題について討議した。
岡本 正雄*; 濱松 清隆; 村上 定義*; 中島 徳嘉*
プラズマ・核融合学会誌, 77(6), p.536 - 546, 2001/06
核融合プラズマに対して、著者たちがモンテカルロ法を用いて行ってきた粒子シミュレーションの研究結果と問題点を紹介する。プラズマ中に発生した高エネルギー粒子の減速過程及びその過程におけるプラズマ加熱について述べ、また、これらの過程における高エネルギー粒子の衝突性輸送について考える。第3.1節ではモンテカルロ・シミュレーションの概要・歴史を紹介する(岡本担当)。第3.2節ではトカマクの場合(濱松担当)、第3.3節ではヘリカル系の場合(村上担当)を考える。さらに第3.4節では、新古典輸送を論じる(中島担当)。本章では、著者たちが最近行ってきたモンテカルロ・シミュレーションによる研究結果を中心に概観する。
佐藤 正泰; 川島 寿人; 三浦 幸俊; 都筑 和泰; 木村 晴行; 上原 和也; 小川 俊英; 伊世井 宣明; 谷 孝志; 秋山 隆*; et al.
Fusion Engineering and Design, 51-52(Part.B), p.1071 - 1076, 2000/11
被引用回数：15 パーセンタイル：68.65(Nuclear Science & Technology)JFT-2Mでは、低放射化フェライト鋼(FS)にかかわる先進材料プラズマ試験を段階的に進めている。この計画の第一期として、FSを用いて、リップルの少ないトロイダル磁場を生成し、高エネルギーイオンの損失を低減するリップル低減試験があり、その設計指針と初期結果について述べる。フェライト鋼板(FB)を全トロイダルセクションに渡って、真空容器(VV)とトロイダル磁場コイル(TFC)の間に装着した。フェライト鋼装着により、プラズマ周辺でトロイダル磁場リップルは2.2%から1.1%に減少した。赤外TV測定によれば、接線方向NBI加熱時のリップル捕捉粒子による壁の温度上昇領域はFB装着することにより、外側へ縮小し、温度上昇は60度から25度へ減少した。バナナドリフト粒子による温度上昇は150度から115度へ減少した。フェライト鋼装着によるプラズマ生成や制御に悪い影響は観測されていない。
二宮 博正; 飛田 健次; Schneider, U.*; Martin, G.*; Heidbrink, W. W.*; Kolesnichenko, Ya. I.*
Nuclear Fusion, 40(7), p.1287 - 1291, 2000/07
被引用回数：4 パーセンタイル：80(Physics, Fluids & Plasmas)原研那珂研究所で開催された第6回IAEA「磁気閉じ込め系における高エネルギー粒子」に関する技術会合の報告書である。トカマクにおける高エネルギーイオンの理論・実験研究が中心であったこれまでのトピックスに加え、逃走電子及びトカマク以外の磁気閉じ込め方式における高エネルギー粒子研究を加えたことが今日の会合の特徴である。本会合には60人を超える参加者があり、27件の口頭発表と19件のポスター発表が行われた。これまでトカマク中心に進められていたこの領域の研究がヘリカル装置、球状トカマク等へも拡大し、閉じ込め方式によって特徴は異なるものの基本的には同じ現象が起こることを確認できた。
飛田 健次; 福山 淳*
プラズマ・核融合学会誌, 76(2), p.138 - 144, 2000/02
高エネルギー粒子に関するITER物理R&Dの成果をまとめた。負磁気シアによる先進定常運転では
粒子のリップル損失が危惧されるが、真空容器へのフェライト鋼挿入により壁の熱設計レベル(~1MW/m
)に低減することができる。予想される粒子
値では多数のアルフヴェン固有モード(AEモード)が不安定化する可能性がある。AEモードが不安定化したときの粒子損失は今後の検討課題である。また、ITERでは、粒子による鋸歯状振動の安定化、フィッシュボーン振動の不安定化も起こると予想される。
JT-60チーム
JAERI-Research 99-048, 126 Pages, 1999/09
JAERI-Research-99-048.pdf:7.11MB
1998年におけるJT-60U実験の結果をレビューする。負磁気シアプラズマによる世界最高のDT等価エネルギー増倍率1.25の達成や高
Hモードによる高規格化値の定常維持等、先進運転方式の性能が大きく進歩した。これは、内部及び周辺輸送障壁にかかわる輸送及び安定性研究の進展による。負イオン源中性粒子ビーム入射により、電子加熱、電流駆動、高エネルギーイオン挙動物理に関して新しい放電領域を開拓することができ、ITERに対して外挿性の高いデータを得た。W型排気ダイバータによる熱・粒子制御研究の展開により、主プラズマからスクレイプオフプラズマ、ダイバータプラズマにわたる熱と粒子の流れの理解が進んだ。ディスラプションの回避及び緩和技術も向上した。これらにより、高い総合性能を持つプラズマの定常維持へ向けた研究が着実に進展した。
高エネルギー粒子加熱及び電流駆動専門家G
Nuclear Fusion, 39(12), p.2471 - 2494, 1999/00
ITER物理専門家グループ活動の成果の集大成となる「ITER Physics Basis」のうち、ITERにおける高エネルギー粒子の物理をまとめた。ITERの設計においては、高エネルギー粒子の損失量の評価が重要である。定常的な損失となるリップル損失は低電流負磁気シア放電で問題となるが、フェライト鋼装着によるトロイダル磁場の均一化を行えば許容値以下まで低減できる。粒子の集団現象によって不安定化されるTAEモード等は、リップル損失より多くの粒子を一時的に損失させる可能性がある。これらの粒子損失に対処するため、第一壁は粒子負荷に対して裕度のある設計をする必要がある。同時に、TAEモード等の抑制の研究、及びリップル損失低減化の研究が今後期待される。
芳野 隆治
プラズマ・核融合学会第38回若手夏の学校, 19 Pages, 1999/00
ITERの設計に使用されている物理基盤について、説明を行う。閉じ込め時間のスケーリング則、Hモード遷移に必要な加熱パワーの閾値、新古典ティアリングモード、抵抗性壁モード、密度限界、プラズマのトロイダル回転、TAEモード、高エネルギー粒子のリップル損失、デタッチダイバータ、ヘリウム排気・不純物制御のデータベース、不純物放射、MHD・ディスラプション、VDEとハロー電流、逃走電子、加熱電流駆動、先進トカマク運転シナリオ等について、各トカマク装置より集められた実験結果に基づき、概説する。
JT-60チーム
JAERI-Research 98-039, 155 Pages, 1998/09
JAERI-Research-98-039.pdf:8.57MB
ITERの物理R&D及び定常トカマク炉の先進運転に貢献すべく実験を行っているJT-60Uの1997年の成果をレビューする。新たに設けたW字型ダイバータ(排気付)による熱・粒子制御特性の改善、高性能プラズマの長時間維持、負イオン源中性粒子ビーム入射による非誘導電流駆動と高エネルギー粒子効果の研究等の新規性の高い研究開発結果に加えて、これらの成果を支えている主要な物理研究(輸送、安定性、原子/分子過程等)の進展を報告する。さらに、ディスラプション挙動の理解と制御、各種プラズマパラメータの帰還制御の成果を示すとともに、新たに設けた計測機器による研究の広がりについて報告する。
飛田 健次; 西谷 健夫; 原野 英樹*; 谷 啓二; 磯部 光孝*; 藤田 隆明; 草間 義紀; G.A.Wurden*; 白井 浩; 及川 聡洋; et al.
Fusion Energy 1996, Vol.1, p.497 - 505, 1997/00
核融合反応で生成した1MeVトリトンの燃焼率と中性粒子入射イオンの核融合反応を利用して、高エネルギーイオンの輸送と損失を調べた。通常の磁気シアと比べ、負磁気シアの配位では、トリトン燃焼率が低く(粒子損失がないと仮定した計算の10-60%)、高エネルギーイオンの閉じ込め特性が劣ることを実験で示した。軌道追跡モンテカルロコードを使った解析により、粒子損失の原因はリップル統計拡散と衝突リップル拡散であることを明らかにした。これらの結果は、負磁気シアの炉心プラズマを構想する際に、粒子を含めた高エネルギーイオンの損失に留意しなければならないことを示している。また、ITER相当の上下非対称リップルを持つプラズマにおいて高エネルギーイオンの損失を調べた。実験の結果、この上下非対称性は粒子損失に影響を与えないことがわかった。
福山 淳*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 濱松 清隆
Physics of Fluids B; Plasma Physics, 5(2), p.539 - 549, 1993/02
被引用回数：15 パーセンタイル：49.69(Physics, Fluids & Plasmas)トカマク・プラズマにおける、電磁波動による電流駆動と波動の持つヘリシティーの関係を理論及び数値的に解析した。波動からプラズマへのヘリシティー変換効率を定式化し、イオン・サイクロトロン周波数帯の波動に対して数値解析した。1次元の不均一性を持つプラズマ配位下で、運動論的効果を含む波動伝播方程式を境界値問題として解き、波動ヘリシティーの輸送(非共鳴粒子)による場合と波動運動量の輸送(共鳴粒子)による場合の各々について、駆動電流量を評価した。現在実験で得られているプラズマ・パラメータでのこの周波数帯の解析では、波動ヘリシティーによる電流駆動は従来の方法(波動運動量による)に比べて低かった。しかし、高エネルギー粒子の存在する場合には、波動ヘリシティーによる電流駆動効率のプラズマ密度依存性は従来の方法より良いものであった。
濱松 清隆; 福山 淳*; 安積 正史
JAERI-M 91-156, 14 Pages, 1991/10
波動伝播方程式と波動電場による粒子加速効果を含むフォッカー・プランク方程式を自己無撞着に数値解析し、高速粒子による核融合反応出力の増大量の解析を行った。D-D、D-
He、D-T反応についてICRFとNBIの加熱パワー依存性から核融合出力の評価を行った。ICRF加熱は、第3高調波共鳴までをアンテナ電流の位相制御を含めて比較した。NBI加熱の反応効率の最適化条件は、反応断面積が最大となるエネルギーに匹敵する入射エネルギーであった。ICRF加熱の場合には、波動による粒子加速の観点からは、速度空間の拡散係数がMeVオダーのエネルギー領域まで存在するので加熱条件に強く依存しない。ただし、D-D反応は反応断面積が3~4[MeV]で最大となる為に拡散係数がより高エネルギー側に広がる第3高調波に優位さがある。波動伝播過程での電子によるパワーの損失を避けるにはアンテナ電流を同位相とした場合が優位である。
岩元 大樹
no journal, ,
近年、様々な研究分野で機械学習を用いた技術が注目されている。発表者は機械学習技術の一種であるガウス過程に着目し、その枠組みで核データを生成する手法を開発した。ガウス過程は機械学習における教師あり学習法の一つであり、カーネルトリックを用いたノンパラメトリックな手法で回帰を行うことができる。さらに、ガウス過程はベイズ推論を基礎としているため、その回帰結果は確率分布として表現され、予測の不確かさを知ることができるといった特徴を有する。様々な機械学習技術のなかで、不確実性を取り扱うことができるガウス過程は、核データ評価研究や粒子輸送解析において魅力的で有用なツールとなる可能性を秘めている。本発表ではこの手法の概要を説明し、本手法の核データ評価および高エネルギー粒子輸送計算への適用の可能性について議論する。
